Типы и конструкции цеховых ТП.

В цеховых ТП применяются трехфазные силовые трансформаторы с высшим напряжением 6; 10 кВ (реже 20; 35 кВ), с естественным охлаждением, заполненные маслом, негорючей жидкостью (совтолом, что сейчас запрещено) или сухой изоляцией. Трансформаторы могут быть открытого типа (с открытыми изоляторами и расширительным баком), предназначенные для установки в специальной камере или наружной установки; а также закрытого типа для комплектных трансформаторных подстанций (КТП) (с токоведущими частями, закрытыми кожухом, без расширительного бака, с азотной подушкой под небольшим избыточным давлением в корпусе).
Цеховые трансформаторные и преобразовательные подстанции могут быть пристроенными, встроенными или отдельно стоящими. Пристроенной называется подстанция, непосредственно примыкающая к основному зданию, встроенной — вписанная в общий контур здания, внутрицеховой — расположенная внутри производственного здания (открыто или в отдельном закрытом помещении). Подстанции или их части, устанавливаемые в закрытом помещении, относятся к внутренним электроустановкам, а подстанциям, устанавливаемые на открытом воздухе — к наружным.
Для питания однофазной нагрузки применяют трехфазные трансформаторы. При этом необходимо учитывать, что ток в наиболее нагруженной фазе не должен быть более номинального, а нейтраль должна нагружаться:
не более 25 % — при схеме соединения обмоток Y/Y0—12;
не более 40% — при схеме соединения обмоток Y/Z—12;
не более 75 % — при схеме соединения обмоток JX/Y0—11.
В большинстве случаев для цеховых ТП применяют трансформаторы масляные.
Сухие трансформаторы, элегазовые и трансформаторы с негорючей жидкостью в 2 — 2,5 раза дороже масляных, поэтому их применяют только в тех местах, где нельзя установить масляные:
ниже первого этажа более чем на 1 м или выше второго этажа;
в помещениях категории В по пожароопасности (масляные разрешается устанавливать только в помещениях категорий Г и Д).
Сухие трансформаторы также не устанавливают в административных зданиях из-за чрезмерного шума.
Каждый из группы трансформаторов ЗУР предприятия (цеха), питаемых от распределительной подстанции 4УР и главной понижающей подстанции 5УР, подключается по одной из схем, показанных на рис. 1.7. Но все они вместе могут подключаться по радиальной (рис. 1.8) или магистральной (рис. 1.9) схемам питания.
При радиальной схеме распределения электроэнергии напряжением 6; 10 кВ рекомендуется глухое присоединение трансформатора (блок линия — трансформатор), за исключением следующих случаев:
питание ТП осуществляется от пункта, находящегося в ведении другой организации;
установка отключающего аппарата необходима по условиям защиты (например, газовой или от однофазных коротких замыканий).

Рис. 1.7. Схемы включения трансформаторов КТП (КТПН) в электрическую сеть:
а — с шкафами ВВ-1; б — с шкафами ВВ-2 (ВВН-1); в — с шкафами ВВ-3 (ВВН-2)

Рис. 1.8. Радиальная схема питания трансформаторов ЗУР

При магистральной схеме распределения электроэнергии напряжением 6; 10 кВ установка отключающего аппарата обязательна, за исключением следующих случаев:
магистраль представляет собой воздушную линию и обеспечена достаточная чувствительность ее защиты на головном участке к повреждениям в трансформаторе;
обеспечена необходимая степень резервирования электроприемников (применены схемы двойной магистрали и резервирования на стороне низкого напряжения ТП, т. е. если на двухтрансформаторной подстанции мощность одного трансформатора достаточна для питания электроприемников I и II категорий и установлена отключающая аппаратура со стороны низшего напряжения, а секции шин ТП оборудованы автоматом включения резерва АВР).
На стороне напряжения трансформаторов 6; 10 кВ при необходимости в качестве отключающих аппаратов, как правило, устанавливают шкафы с выключателями нагрузки и предохранителями, а для трансформаторов небольшой мощности (до 250 кВ * А) иногда устанавливают только разъединители.

Рис. 1.9. Магистральная схема питания трансформаторов ЗУР

К одной магистрали обычно подключают 3—4 трансформатора единичной мощностью до 1000 кВ-А, 2— 3 трансформатора единичной мощностью 1000 или 1600 кВ • А. Трансформаторы мощностью 2500 кВ * А, как правило, записывают но радиальным линиям.
Обычно на двухтрансформаторных цеховых подстанциях трансформаторы работают раздельно и применяется одиночная секционированная система шин. АВР на стороне низшего напряжения цеховых ТП, как правило, используется при наличии электроприемников I категории и значительной длине питающих линий от источника питания до ТП.
В ряде случаев, трансформаторы на цеховых ТП включаются на параллельную работу для обеспечения пуска и самозапуска крупных электродвигателей, а также для снижения колебаний напряжения при питании электроприемников с резкопеременной или ударной нагрузкой, например в сварочных цехах и т. п. В настоящее время в качестве вновь сооружаемых цеховых подстанций чаще всего используются комплектные ТП с закрытыми трансформаторами (КТП). В зависимости от условий производства КТП располагаются либо в отдельном специальном помещении, либо открыто в цехе с легким ограждением (например, сетчатым), если позволяет окружающая среда.
В связи с ростом удельных нагрузок все большее применение находят КТП с трансформаторами мощностью 1600 и 2500 кВ - А вместо трансформаторов мощностью 1000 кВ-А, что сокращает число трансформаторов с системах электроснабжения, упрощает схему электроснабжения (особенно при напряжении 660 В) и дает значительный экономический эффект.
Суммарная мощность трансформаторов с масляным охлаждением, установленных на каждой цеховой подстанции, не должна превышать 6500 кВ * А (допускается установка не более трех КТП), на втором этаже — 1000 кВ * А, на наружной — 3200 кВ * А. При необходимости большей мощности на цеховых ТП устанавливают трансформаторы с охлаждением негорючей жидкостью (но не совтол!), что упрощает и удешевляет строительную часть и повышает надежность ТП при эксплуатации. На действующих предприятиях имеется много цеховых подстанций старого типа с открытыми трансформаторами, которые установлены в специальных камерах или на открытом воздухе.

Цеховые ТП могут быть встроенными, пристроенными и отдельно стоящими. Отдельно стоящие ТП нерациональны и применяются вынужденно для электроснабжения некоторых цехов со взрывоопасной или агрессивной средой, а также на мелких предприятиях с небольшими разбросанными по территории объектами.

Если основную нагрузку (80...85%) составляют электроприемники I и II категорий, на ТП должно быть не менее двух трансформаторов. На ТП устанавливается также не менее двух трансформаторов для приемников любой категории надежности, при следующих условиях:
суточный или годовой график нагрузок очень неравномерный, а работа цеха, предприятия односменная или сезонная, т. е. когда выгодно в ненагруженные часы (сезон) отключать один трансформатор;
лимитированы габаритные размеры ТП и оборудования;
возможен дальнейший рост нагрузок, а установка более мощного трансформатора в будущем невыгодна или невозможна.
Цеховые ТП могут иметь три и более трансформаторов в виде исключения в следующих случаях:
при наличии мощных электроприемников, сосредоточенных в одном месте (прокатные станы, компрессорные и т.п.), для обеспечения питания которых недостаточно мощности двух трансформаторов;
если невозможно рассредоточить ТП по условиям окружающей среды или размещения технологического оборудования (некоторые цеха нефтехимических производств, текстильные фабрики);
при раздельном питании силовой и осветительной нагрузок, если их центры близки;
если электроприемники резко различаются по характеру и режиму работы и не могут быть запитаны от общих трансформаторов (например, когда наряду с общей силовой и осветительной нагрузками имеются электросварочные установки значительной мощности).
Мощность трансформатора необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы его загрузка соответствовала наиболее экономичному режиму, который в значительной степени зависит от стоимости потерь электроэнергии. Рекомендуются следующие степени загрузки трансформаторов цеховых ТП:
0,65...0,75 в случае преобладания электроприемников I и II категорий и наличии двух и более трансформаторов;
ОД... 1,0 в случае преобладания электроприемников II и III категорий и наличии одного трансформатора;
0,9...0,95 в случае преобладания II и III категорий и наличии двух трансформаторов.
При напряжении 380 В и плотности нагрузки до 0,3 кВА/м2 целесообразно применять трансформаторы мощностью до 1000 кВ • А, а при плотности нагрузки 0,3...0,5 кВА/м2 — трансформаторы мощностью 1000 или 1600 кВ-А. При плотности нагрузки более 0,5 кВА/м2 технико-экономически определяют, какой мощности целесообразно применять трансформатор: 1600 или 2500 кВ * А.
Мощность трансформаторов цеховых ТП выбирается по значениям максимальных нагрузок суточного графика с учетом компенсации их реактивной мощности, резервирования в послеаварийном режиме потребителей I и II категорий по шинам на 0,4; 0,66 кВ ТП или перемычки на 0,4; 0,66 кВ между соседними подстанциями с пропускной способностью 15...20% от Sp,а также с учетом перегрузочной способности трансформаторов в послеаварийном режиме.
Трансформаторы цеховых ТП с ударной резкопеременной нагрузкой выбираются по максимальной расчетной нагрузке на основании специальных расчетов.
Порядок выбора цеховых трансформаторов следующий:
определяется Sp или Рр любым способом, изложенным ранее, с учетом компенсации реактивной мощности на стороне низкого напряжения;
намечаются стандартные мощности трансформаторов для данной ТП (в основном в диапазоне 400... 1600 кВ - А) и их число в зависимости от общей мощности нагрузки, категории электроприемников и удельной плотности нагрузки;
для двухтрансформаторных и резервированных однотрансформаторных подстанций проверяется коэффициент загрузки трансформаторов и ЛЭП в нормальном и послеаварийном режимах.
В послеаварийном режиме для трансформаторов допускаются перегрузки в зависимости от охлаждения и эквивалентной температуры окружающего воздуха, а также от продолжительности работы с перегрузкой в течение суток. Эти перегрузки определяются по паспорту, а более точно — по суточным графикам нагрузки за характерные сутки (зимние и летние). При проверке загрузки трансформаторов в послеаварийном режиме следует иметь в виду, что на период ликвидации аварии разрешается отключать часть потребителей III категории.
Число трансформаторов Nrpсвязано с расчетной нагрузкой Sp и их номинальной мощностью следующим образом:
где кзлр— коэффициент загрузки трансформатора; ЭЦ — экономически целесообразная номинальная мощность трансформатора.
Реактивная мощность QTp,протекающая через один трансформатор, определяется по условию минимума потерь активной мощности без участия активных сопротивлений кабельных линий с напряжением сети 10 кВ для группы из н трансформаторов (например, одного цеха) с одинаковой номинальной мощностью.

В практике проектирования и эксплуатации выбор трансформаторов ЗУР чаще производится под естественный коэффициент мощности. Это объясняется меньшей надежностью компенсирующих устройств по сравнению с трансформаторами, а также требованиями по отключению компенсирующих устройств по режимным условиям энергосистемы.